As leis do movimento de Newton consistem em três: a primeira lei de Newton, a segunda lei de Newton e a terceira lei de Newton.
Primeira Lei de Newton
A Primeira Lei de Newton afirma que todo objeto em repouso permanecerá em repouso, ou seja, todo objeto que se move em linha reta a uma velocidade constante continuará a se mover em linha reta a uma velocidade constante, desde que a força resultante que atua sobre ele seja zero.
Perhatikan sebuah benda di sekitar anda, misalnya meja atau batu atau benda apapun. Meja yang sedang diam akan tetap diam seperti itu jika tidak digerakkan atau tidak diberi gaya luar seperti gaya dorong atau gaya tarik. Demikian juga benda lainnya yang sedang diam. Apakah tidak ada gaya yang bekerja pada meja atau batu atau benda yang diam ? Ada gaya yang bekerja pada benda tersebut, tetapi jumlah semua gaya yang bekerja pada benda tersebut atau gaya total sama dengan nol. Gaya yang bekerja pada benda yang sedang diam di atas permukaan planet seperti bumi adalah gaya berat (w) dan gaya normal (N). Arah gaya berat tegak lurus ke bawah menuju pusat bumi, arah gaya normal tegak lurus ke atas. Besar kedua gaya ini sama tetapi berlawanan arah karenanya gaya total sama dengan nol.
Bagaimana dengan benda yang sedang bergerak lurus dengan kelajuan konstan ? Untuk memperjelas persoalan ini, andaikan anda mendorong sebuah benda, misalnya sekeping logam, di atas permukaan lantai. Setelah didorong, keping logam tersebut melambat lalu berhenti karena adanya força de atrito. Agar keping logam bergerak lebih jauh atau lebih lama maka anda harus melicinkan permukaan lantai dan permukaan keping logam. Semakin licin permukaan lantai dan permukaan keping logam, keping logam bergerak semakin jauh. Andaikan permukaan lantai licin sempurna dan tidak ada gesekan maka keping logam akan terus bergerak dan tidak berhenti. Apakah tidak ada gaya yang bekerja pada keping logam yang sedang bergerak di atas permukaan lantai licin sempurna ? Ada gaya yang bekerja pada keping logam, yakni gaya berat dan gaya normal. Kedua gaya ini bekerja pada arah vertikal dan tidak mempengaruhi gerakan keping logam pada arah horisontal jika lantai licin sempurna.
Segunda Lei de Newton
Hukum II Newton menyatakan bahwa jika gaya total yang bekerja pada sebuah benda tidak sama dengan nol maka benda akan mengalami percepatan. Besar percepatan sebanding dengan besar gaya total dan berbanding terbalik dengan massa benda. Arah percepatan sama dengan arah gaya total.
ΣF = m a (1.2)
Keterangan : ΣF = gaya total (kg m/s2), m = massa (kg), a = percepatan (m/s2)
Persamaan 1.2 adalah pernyataan matematis dari hukum II Newton.
Jika besar percepatan sama dengan nol (a = 0) maka persamaan 1.2 berubah menjadi persamaan 1.1. Jadi hukum I Newton merupakan kasus khusus dari hukum II Newton.
Berdasarkan persamaan 1.2 disimpulkan bahwa semakin besar gaya, semakin besar percepatan. Sebaliknya semakin besar massa, semakin kecil percepatan. Hubungan antara gaya, massa dan percepatan lebih dipahami setelah anda melakukan percobaan berkaitan dengan hal ini. Salah satu percobaan yang bisa dilakukan adalah percobaan mempercepat kereta dinamika di atas rel menggunakan beban bermassa yang jatuh bebas. Gunakan ticker timer untuk mengetahui besar percepatan kereta.
Terceira Lei de Newton
Hukum III Newton menyatakan bahwa jika benda 1 memberikan gaya pada benda 2 maka pada saat yang sama benda 2 memberikan gaya pada benda 1. Besar kedua gaya sama tetapi arah kedua gaya berlawanan. Salah satu gaya disebut aksi, gaya lain disebut reaksi (gaya aksi reaksi)
Faxila = – Freaksi (1.3)
Persamaan 1.3 merupakan pernyataan matematis dari hukum III Newton. Tanda negatif pada persamaan 1.3 menjelaskan arah gaya.
Lakukan percobaan agar anda lebih memahami hukum III Newton. Jika anda mempunyai papan luncur, doronglah tembok sambil berdiri di atas papan luncur. Setelah mendorong tembok, papan luncur bergerak ke belakang. Arah dorongan anda ke depan, sedangkan arah gerakan papan luncur ke belakang. Hal ini menunjukan bahwa tembok juga mendorong anda. Ketika anda mendorong tembok, pada saat yang sama, tembok juga mendorong anda. Gaya dorong anda bekerja pada tembok sedangkan gaya dorong tembok bekerja pada anda. Besar kedua gaya sama tetapi berlawanan arah. Anda bisa menyebut salah satu gaya sebagai aksi dan gaya lain sebagai reaksi.
Percobaan lain yang bisa dilakukan adalah meniup sebuah balon karet lalu setelah balon karet mengembang karena terisi udara, lepaskan balon. Setelah dilepaskan, balon tersebut “terbang”. Arah gerakan balon berlawanan dengan arah keluarnya udara dari balon. Bagaimana menjelaskan hal ini ? Ketika mulut balon dilepaskan, balon mendorong udara keluar. Pada saat yang sama, udara juga mendorong balon. Gaya dorong udara menyebabkan balon terbang. Gaya dorong balon bekerja pada udara, gaya dorong udara bekerja pada balon. Besar kedua gaya sama tetapi arahnya berlawanan.
Exemplo de problema
1. Ada 4 buah benda, pisang = 4 kg, buku = 0,8 kg, bola basket = 3,5 kg, mangga = 1,2 kg. Keranjang ditarik dengan gaya 30 N pada bidang datar yang kasar (μ = 0,4). Agar keranjang tersebut tepat akan bergerak (massa keranjang diabaikan) maka benda yang harus dimasukkan ke dalam keranjang adalah…
Discussão
Isso é conhecido:
Massa pisang (m1) = 4 kg
Massa buku (m2) = 0,8 kg
Massa bola (m3) = 3,5 kg
Massa mangga (m4) = 1,2 kg
Força de tração (F) = 30 N
Koefisien gesek statis (μs) = 0,4
A aceleração da gravidade (g) = 10 m/s2
Abaikan massa keranjang
força de atrito estático (fs) bekerja ketika benda masih diam dan tepat akan bergerak, sedangkan gaya gesek kinetis bekerja ketika benda sedang bergerak.
Perguntado: Massa benda
Resposta:
Keranjang tepat akan bergerak ketika besar gaya tarik (F) = besar gaya gesek statik (fs).
Hitung besar gaya gesek statis (fs):
fs = μs N = μs w = μs m g = (0,4)(m)(10)
fs = 4 m
Keranjang tepat akan bergerak:
F = fs
30 = 4m
m = 30/4
m = 7,5 kg
Massa pisang 4 kg + massa bola 3,5 kg = 7,5 kg
Benda yang harus dimasukkan ke dalam keranjang adalah pisang dan bola.
2. Questão nº 5 do Exame Nacional de Física do Ensino Médio/Mestrado de 2014/2015
Benda A bermassa 6 kg dan B bermassa 4 kg dihubungkan dengan tali dan ditarik dengan gaya F = 60 N seperti gambar berikut.
Jika sistem bergerak dan koefisien gesekan kinetis antara permukaan lantai dengan kedua benda 0,5 (tg θ = 3/4), dan g = 10 m.s-2, maka besar gaya tegangan tali T yang menghubungkan kedua benda adalah….
A. 28,8 N
B. 30,0 N
C. 39,6 N
D. 48,0 N
E. 50,0 N
Discussão
Sabe-se que:
Massa do objeto A (mA) = 6 kg
Massa do objeto B (mB) = 4 kg
Força de tração (F) = 60 Newtons
Koefisien gesek kinetis antara benda dan lantai (μk) = 0,5
A aceleração da gravidade (g) = 10 m/s2
Tangen θ = 3/4
Perguntado: Besar gaya tegangan tali T
Resposta:
Komponen horisontal gaya F :
Fx = F cos θ
Fx = (60)(4/5) = (4)(12) = 48 N
Komponen vertikal gaya F :
Fy = F sen θ
Fy = (60)(3/5) = (3)(12) = 36 N
Gaya normal benda A :
NA = wA =mA g = (6)(10) = 60 N
Gaya normal benda B :
NB + Fy - WB = 0
NB + Fy = wB
NB = wB - Fy =mB g – Fy = (4)(10) – 36 = 40 – 36 = 4 N
Gaya gesek kinetis antara benda A dan lantai :
fkA = µk NA = (0,5)(60) = 30 N
Gaya gesek kinetis antara benda B dan lantai :
fkB = µk NB = (0,5)(4) = 2 N
Hitung percepatan kedua benda :
ΣF = ma
Fx – T + T – fkB - fkA = (mA +mB) para
Gaya tegangan tali T mempunyai besar sama di sepanjang tali dan mempunyai arah berlawanan sehingga dilenyapkan dari persamaan.
Fx - fkB - fkA = (mA +mB) para
48 – 2 – 30 = (6 + 4) a
16 = 10 a
a = 16/10
a = 1,6 m / s2
Hitung gaya tegangan tali T :
Tinjau benda A. Gaya-gaya yang bekerja pada benda A pada arah horisontal (mendatar) adalah gaya tegangan tali (T) yang arahnya ke kanan dan gaya gesek kinetis (fkA) yang arahnya ke kiri.
ΣF = ma
TA - fkA =mA a
TA - 30 = (6)(1,6)
TA - 30 = 9,6
TA = 9,6 + 30 = 39,6 N
Tinjau benda B. Gaya-gaya yang bekerja pada benda B pada arah horisontal (mendatar) adalah gaya Fx yang arahnya ke kanan, gaya gesek kinetis (fkB) dan gaya tegangan tali (T) yang arahnya ke kiri.
ΣF = ma
Fx - fkB - TB =mB a
48 – 2 – TB = (4)(1,6)
46 - TB = 6,4
46 – 6,4 = TB
TB = 39,6 N
Jadi gaya tegangan tali yang bekerja pada benda A (TA) = gaya tegangan tali yang bekerja pada benda B (TB) = 39,6 N.
A resposta correta é C.
3. Questão nº 5 do Exame Nacional de Física do Ensino Médio/Mestrado de 2014/2015
Perhatikan gambar berikut !
Akibat gaya F sistem benda bergerak. Jika lantai kasar dan koefisien gesekan kinetik antara kedua balok dan lantai adalah 0,2, berapakah percepatan yang dialami kedua benda? (cos 37o = 0,8, sin 37o = 0,6)
A. 2,6 ms-2
B. 4,0 ms-2
C. 5,2 ms-2
D. 7,8 ms-2
E. 10,2 ms-2
Discussão
Sabe-se que:
Massa do objeto A (mA) = 4 kg
Massa do objeto B (mB) = 2 kg
Força de tração (F) = 30 Newtons
Koefisien gesek kinetis antara benda dan lantai (μk) = 0,2
A aceleração da gravidade (g) = 10 m/s2
cos 37o = 0,8
pecado 37o = 0,6
Perguntado: Percepatan yang dialami kedua benda?
Resposta:
Komponen horisontal gaya F :
Fx = F cos θ
Fx = (30)(0,8) = 24 N
Komponen vertikal gaya F :
Fy = F sen θ
Fy = (30)(0,6) = 18 N
Gaya normal benda A :
NA = wA =mA g = (4)(10) = 40 N
Gaya normal benda B :
NB + Fy - WB = 0
NB + Fy = wB
NB = wB - Fy =mB g – Fy = (2)(10) – 18 = 20 – 18 = 2 N
Gaya gesek kinetis antara benda A dan lantai :
fkA = µk NA = (0,2)(40) = 8 N
Gaya gesek kinetis antara benda B dan lantai :
fkB = µk NB = (0,2)(2) = 0,4 N
Hitung percepatan kedua benda :
ΣF = ma
Fx - fkB - fkA = (mA +mB) para
24 – 0,4 – 8 = (4 + 2) a
15,6 = 6 a
a = 15,6/6
a = 2,6 m / s2
A resposta correta é A.
